Avaliação microestrutural em matriz de aço ferramenta: com e sem falha em serviço

Resumo

Matrizes são dispositivos metálicos que demandam alta resistência mecânica, pois exercerão em sua ação operações de corte, usinagem, conformação, injeção, entre outros. Geralmente são produzidas em aços ferramenta e requerem muita atenção sob o ponto de vista do controle dos procedimentos utilizados nos tratamentos térmicos. É sabido que as propriedades dos metais são função de sua microestrutura e, consequentemente, de sua história térmica. Nesse sentido as matrizes requerem uma combinação de propriedades que muitas vezes não podem ser restritas somente à dureza alcançada, mas principalmente à tenacidade. Quando esse aço é inadequadamente tratado pode ocorrer a formação de fases que fragilizam o material, propiciando falhas prematuras em serviço. Com o objetivo de otimizar fatores ligados ao tratamento térmico na linha de produção de uma empresa que atua na fabricação de matrizes, analisou-se dois componentes fabricados em aço ferramenta D6, ambos com dureza adequada para liberação comercial, contudo um apresentou falha prematura e o outro trabalhou anos sem nunca ter fraturado. Para tanto essas matrizes foram analisadas quanto a composição química em um espectrômetro de emissão ótica. A dureza foi determinada em um durômetro na escala Rockwell C e pôr fim a análise microestrutural foi realizada em um microscópio óptico.  Para isso amostras foram preparadas de acordo com procedimentos padrão de metalografia, onde se utilizou ataque químico Nital 10%. A análise química apontou que os dois componentes apresentaram composição compatível ao aço ferramenta D6. Os valores de dureza testados foram de 58 HRC para a matriz que rompeu em serviço e 59,5 HRC para matriz que não falhou. A avaliação microestrutural revelou que ambos componentes apresentaram microestrutura martensítica e presença de carbonetos, contudo a morfologia dos carbonetos era diferente. O dispositivo que não rompeu apresentava carbonetos esferoidais, mais homogêneos e finamente dispersos, enquanto a matriz que rompeu continha carbonetos alongados, tipo espinha de peixe, com maior tamanho e distribuição não uniforme. Um dos problemas atribuídos a esses carbonetos é que eles são anisotrópicos, tendo grande influência o sentido de atuação das tensões de trabalho. Quando dispostos no sentido longitudinal, e perpendicular às solicitações de compressão, podem atuar como iniciadores de trincas, reduzindo a resistência mecânica. A partir desses resultados serão estudadas rotas de tratamentos térmicos para formar carbonetos homogêneos, evitando a possibilidade de falha em serviço, o que gera transtornos e insatisfação de clientes.